热卷箱中间卷尾部智能控制方法

唐钢信息自动化部 阎新杰 焦连辉

在热卷箱的控制功能中，中间卷尾部展开是热卷箱自动开卷过程的重要环节之一，对热轧生产线热卷箱的中间卷在开卷过程中的尾部控制以及设备动作异常问题进行分析研究，通过改善并优化控制算法、提高控制精度、增加设备运行连锁等措施，使钢卷尾部顺利展开，避免飞剪区剪切重叠带钢造成飞剪剪刃崩断事故，以及由于飞剪区不能将异常折叠的尾部全部切断，导致的折叠尾部进入轧机时造成轧机断辊等严重设备事故。因此，需要位置辊的精确控制使中间卷到尾部最后几卷停在准确的位置，保证开尾销在开卷到尾部时能正确插入中间卷卷芯，从而顺利开卷。

热卷箱在热轧轧钢生产线上的主要作用是减少中间坯头尾的温差、降低扎机组功耗、进一步去除表面氧化铁皮以及提高精除鳞效果。开尾销和位置辊作为开卷的重要环节，是保证钢卷尾部顺利展开、不层叠的主要保障。在实际生产中，随着热卷箱的使用时间加长，现场问题逐渐增多，开尾销的动作时序异常或位置辊没有在正确的位置上会造成开卷过程中带钢的尾部没能顺利展开，造成折叠的尾部进入除鳞箱、剪刃崩断或进入轧机堆钢等事故，导致轧机被迫快停，产生大量废钢的同时造成轧线被迫停机。因此，需要深入研究开尾销的打开、关闭动作控制时序，保证尾部顺利展开，确保后续进入带钢尾部剪切、进入精除鳞的工序正常进行。

1 开尾销机械结构

开尾销安装在卷箱区CR2托辊上方、出口夹送辊位置辊前方两侧的位置，钢卷在使用卷箱开卷过程中的最后几圈时，开尾销插入卷芯，保证尾部顺利开卷，其动作方向为插入和抽出两种，动作方向与轧线方向垂直。将开尾销插入钢卷卷芯，通过两位三通电磁阀进行控制，流量调节阀检测动作距离，通过接近开关检测最大位，保证物理位置可靠。开尾销结构如图1所示。

开尾销控制时序逻辑中存在三个控制模式：等待位、插入位、快开位。开尾销控制示意图如图2所示。三个模式的具体说明如下：

（1）预开卷位（等待位）：在开卷过程中，卷径到达设定卷径值，卷箱位置辊到达等待位，此时钢卷已顶靠在位置辊上，处于CR2托辊位置，每个开尾销动作到等待位（当前钢卷宽度/2+50mm）的位置。

（2）钢卷插入位：当位置辊达到245mm的位置并且卷径缩小至850mm时，开尾销触发关闭动作，插入卷芯

2 中间卷尾部控制模式

为了保证中间卷能够尾部顺利通过，开尾销和位置辊的精确控制至关重要，开尾销和位置辊的控制模式如下。

2.1 开尾销的控制模式

内部，关闭到插入位（当前钢卷宽度/2-150mm）的位置。

（3）快开位：钢卷尾部离开卷箱CR2区时，开尾销打开到原始位（快开位）。

2.2 位置辊的控制模式

位置辊的控制分为中间开卷前的准备模式以及在开卷过程中与钢卷接触的控制模式，控制示意图如图3所示。

（1）开卷准备：开卷开始时，辊传动向后旋转，移动到等待位置（20mm位置）；

（2）当定位辊与钢卷接触时，定位辊以恒定速度（100mm/s）移动到其初始位置。限制力的值设定为300KN＋液压缸的重量补偿，如果实际反馈的力大于这个限制值，移动速度会增大到速度的限制值。

3 中间卷尾部智能控制算法优化

根据现有问题进行统计，发现开尾销打开和关闭时序异常会导致：在投入卷箱开卷过程中尾部折叠、飞剪无法正常剪切、折叠尾部进入除鳞后将设备损坏、折叠尾部进入轧机导致堆钢等问题。

如何精确控制开尾销的动作时序是现阶段主要研究内容，对开尾销的控制原理以及开卷过程中的三种模式进行分析研究，位置辊的动作时序与钢卷开卷卷径有关，因此开尾销的动作时序主要是根据开卷卷径值的不同触发开尾销相应的动作命令。因此，从以下两方面进行研究及控制系统优化。

3.1 优化钢卷卷径计算

开卷模式下，钢卷卷径到达850mm时，触发开尾销关闭时序。由于钢卷卷径直接与位置辊、开尾销的控制时序有关，因此需要对钢卷卷径进行优化，确保卷径的准确性，才能提高开尾销的关闭时序的准确性，目前卷箱的钢卷成卷（或钢卷开卷）卷径的计算都是通过对板坯初始卷径（卷芯直径600mm）、厚度和板坯卷取长度三个参数计算得出实际卷径值，由于板坯在卷取成卷（或开卷）过程中每一圈之间存在一定的缝隙量，因此所计算的理论卷径与实际卷径存在一定的偏差，需要考虑每层钢卷之间的缝隙量值[1]。

解决措施：由于钢卷每层缝隙的影响，将钢卷卷径成卷（或开卷）计算值均加入一个补偿值，将缝隙量当作一个常数值参与计算，经过对钢卷的多次测试，得出一个平均值作为计算常数参与卷径计算。这种计算方法将减少理论与实际值的误差，提高卷径计算精度，保证位置辊在中间卷最后几卷能保持准确的位置，使中间卷尾部顺利通过。

3.2 优化开尾销打开时序连锁

钢卷开卷完成后，开尾销开始打开到原始位，打开的时序是在尾部跟踪离开CR2区域后触发打开命令。但随着卷径越大，卷径计算误差越大，判断跟踪尾部离开卷箱CR2区域及尾部位置的准确性就会降低，开尾销能否将钢卷尾部顺利展开主要取决于开尾销的打开时序是否准确，必须保证尾部离开卷箱CR2区域后才能打开，避免尾部没有展开前开尾销提前打开的情况[2]。开尾销打开时序示意，如图4所示。

解决措施：增加开尾销打开的连锁条件，当在带钢尾部离开CR2区域的同时卷箱出口热检没有检测到带钢，且检测信号为OFF状态（ON为检测到带钢，OFF为没有带钢）时，证明卷箱区钢卷已经开卷完成，带钢尾部已离开卷箱区，此时触发开尾销打开命令。该方法具有带钢尾部信号和热检信号的双重连锁保护，此时的开尾销已将带钢尾部彻底展开，有效避免尾部折叠的现象发生。

4 结论

通过控制逻辑优化、提高卷径计算精度，保证了位置辊在中间卷尾部时保持正确的位置，增加了开尾销插入的准确性；通过将卷箱出口热检信号增加到开尾销打开的连锁条件里，在确认带钢尾部彻底离开卷箱区域后，开尾销再执行打开命令，从而保证了开尾销将带钢尾部顺利展开，杜绝开尾销提前打开导致尾部折叠的事故发生。实际开卷验证优化效果良好，解决了尾部折叠问题，降低了轧线事故的发生。